深入理解C语言文件操作：原理、函数与应用-优快云博客

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1.为什么使用文件

当我们在各种编译器上运行代码的时候，数据都是放在内存中的，而当程序退出，运行过程的数据也会被删除，下次再次运行程序只能又得从头开始输入，而如果能把数据放在磁盘文件、存放到数据库等的话，就可以将数据持久化，使得每次运行程序时上一次录入的数据仍然可以显示，这个时候就会用到文件操作的方法了。

总之，使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到数据的持久化。

2.什么是文件

磁盘上的文件是文件。

但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类的）。

2.1 程序文件

包括源程序文件(后缀为.c)，目标文件(windows环境后缀为.obj)，可执行程序(windows环境后缀为.exe)。

2.2数据文件

文件的内容不一定是程序，而是程序运行时读写的数据，比如程序运行需要从中读取数据的文件，或者输出内容的文件。

本章讨论的是数据文件。

我们一般处理数据的输入输出都是以终端为对象的，即从终端的键盘输入数据，运行结果显示到显示器上。

其实有时候我们会把信息输出到磁盘上，当需要的时候再从磁盘上把数据读取到内存中使用，这里处理的就是磁盘上文件。

2.3文件名

一个文件要有一个唯一的文件标识，一遍用户识别和使用。

文件名包含3部分：文件路径+文件名主干+文件后缀

例如：c:\code\test.txt

为了方便起见，文件标识常被称为文件名。

3.文件的打开和关闭

3.1文件指针

每个被使用的文件都在内存中开辟了一个相应的文件信息区，用来存放文件的相关信息（如文件的名字，文件状态及文件当前的位置等）。这些信息是保存在一个结构体变量中的。该结构体类型是由系统声明的，取名FILE.

当打开一个文件的时候，系统会根据文件的情况自动创建一个FILE结构的变量，并填充其中的信息，所以我们不必关心细节。

一般都是通过一个FILE的指针来维护这个FILE结构的变量，这样使用起来更加方便。

创建一个FILE*的指针变量：

FILE* pf;//文件指针变量---->接受文件信息区的地址

定义pf是一个指向FILE类型数据的指针变量。可以使pf指向某个文件的文件信息区（是一个结构体变量）。通过该文件信息区中的信息就能够访问该文件。也就是说，通过文件指针变量能够找到与它关联的文件。

3.2文件的打开和关闭

文件在读写之前应该先打开文件，在使用结束之后应该关闭文件。
在编写程序的时候，在打开文件的同时，都会返回一个FILE*的指针变量指向该文件，也相当于建立了指针和文件的关系。
ANSIC 规定使用fopen函数来打开文件，fclose来关闭文件

//打开文件

FILE* fopen(const char* filename,const char* mode);

//关闭文件
FILE* fclose(FILE* stream);

注：读和写都是相对于内存而言，也就是站在内存角度去看待。

打开方式如下：

实例代码：

/* fopen fclose example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
    FILE * pFile;
    //打开文件
    pFile = fopen ("myfile.txt","w");
    //文件操作
    if (pFile!=NULL)
    {
        fputs ("fopen example",pFile);
        //关闭文件
        fclose (pFile);
    }
    return 0;
}

如果想打开其他路径的文件话，有两种办法可以打开，分别为相对路径和绝对路径

相对路径：

注：单一个点（.）表示当前路径，两个点（..）表示上一路径

绝对路径：

4.文件的顺序读写

4.1顺序读写函数介绍

这里的“流”是一个高度抽象的概念

为什么我们使用scanf函数时，可以直接从键盘上读取数据，或者使用printf函数时，可以直接向屏幕上打印数据，那是因为：C语言程序，只要运行起来，默认就打开了3个流

注：看得懂的是文本，看不懂的是二进制

4.2 对比一组函数

scanf 是格式化的输入函数，针对的是标准输入流（键盘）

printf 是格式化的输出函数，针对的是标准输出流（屏幕）

fscanf 是针对所有输入流（文件流、标准输入流）的格式化输入函数

fprintf 是针对所有输出流（文件流、标准输出流）的格式化输出函数

sscanf 将字符串转化成格式化的数据

sprintf 将格式化的数据转换成字符串

5.文件的随机读写

5.1 fseek

根据文件指针的位置和偏移量来定位文件指针

有了这个函数，我们可以通过结合文件指针的位置和偏移量来定位文件指针（其实就是光标的位置）。

例子：

/* fseek example */
#include <stdio.h>
int main ()
{
    FILE * pFile;
    pFile = fopen ( "example.txt" , "wb" );
    fputs ( "This is an apple." , pFile );
    fseek ( pFile , 9 , SEEK_SET );
    fputs ( " sam" , pFile );
    fclose ( pFile );
    return 0;
}

5.2 ftell

返回文件指针相对于起始位置的偏移量

例子：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//c

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//d

	int pos = ftell(pf);
	printf("pos = %d\n", pos);

	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

5.3 rewind

让文件指针的位置回到文件的起始位置

例子：

int main()
{
	FILE* pf = fopen("data.txt", "r");
	if (pf == NULL) {
		perror("fopen");
		return 1;
	}
	//读文件
	int ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//b

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//c

	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//d

	int pos = ftell(pf);
	printf("pos = %d\n", pos);

	rewind(pf);
	ch = fgetc(pf);
	printf("%c\n", ch);//a
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

6.文本文件和二进制文件

根据数据的组织形式，数据文件被称为文本文件或者二进制文件。
数据在内存中以二进制的形式存储，如果不加转换的输出到外存，就是二进制文件。
如果要求在外存上以ASCII码的形式存储，则需要在存储前转换。以ASCII字符的形式存储的文件就是文本文件。
一个数据在内存中是怎么存储的呢？
字符一律以ASCII形式存储，数值型数据既可以用ASCII形式存储，也可以使用二进制形式存储。
如有整数10000，如果以ASCII码的形式输出到磁盘，则磁盘中占用5个字节（每个字符一个字节），而二进制形式输出，则在磁盘上只占4个字节（VS2013测试）。

测试代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10000;
	FILE* pf = fopen("test.txt", "wb");
	fwrite(&a, 4, 1, pf);//二进制的形式写到文件中
	fclose(pf);
	pf = NULL;
	return 0;
}

7.文件读取结束的判定

7.1 被错误使用的feof

牢记：在文件读取过程中，不能用feof函数的返回值直接来判断文件的是否结束。
feof 的作用是：当文件读取结束的时候，判断是读取结束的原因是否是：遇到文件尾结束。
1. 文本文件读取是否结束，判断返回值是否为 EOF （ fgetc ），或者 NULL （ fgets ）
例如：
fgetc 判断是否为 EOF .
fgets 判断返回值是否为 NULL .
2. 二进制文件的读取结束判断，判断返回值是否小于实际要读的个数。
例如：
fread判断返回值是否小于实际要读的个数。

正确的使用：
文本文件的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
	int c; // 注意：int，非char，要求处理EOF
	FILE* fp = fopen("test.txt", "r");
	if (!fp) {
		perror("File opening failed");
		return EXIT_FAILURE;
	}
	//fgetc 当读取失败的时候或者遇到文件结束的时候，都会返回EOF
	while ((c = fgetc(fp)) != EOF) // 标准C I/O读取文件循环
	{
		putchar(c);
	}
	//判断是什么原因结束的
	if (ferror(fp))
		puts("I/O error when reading");
	else if (feof(fp))
		puts("End of file reached successfully");
	fclose(fp);
}

注：ferror-在文件读取结束后，用来判断文件是否读取过程中遇到错误而结束！

feof - 在文件读取结束后，用来判断文件是否因为读取过程中遇到文件结束标志而结束！

二进制文件的例子：


#include <stdio.h>
enum { SIZE = 5 };
int main(void)
{
	double a[SIZE] = { 1.,2.,3.,4.,5. };
	FILE* fp = fopen("test.bin", "wb"); // 必须用二进制模式
	fwrite(a, sizeof * a, SIZE, fp); // 写 double 的数组
	fclose(fp);
	double b[SIZE];
	fp = fopen("test.bin", "rb");
	size_t ret_code = fread(b, sizeof * b, SIZE, fp); // 读 double 的数组
	if (ret_code == SIZE) {
		puts("Array read successfully, contents: ");
		for (int n = 0; n < SIZE; ++n) printf("%f ", b[n]);
		putchar('\n');
	}
	else { // error handling
		if (feof(fp))
			printf("Error reading test.bin: unexpected end of file\n");
		else if (ferror(fp)) {
			perror("Error reading test.bin");
		}
	}
	fclose(fp);
}

8.文件缓冲区

ANSIC 标准采用“缓冲文件系统”处理的数据文件的，所谓缓冲文件系统是指系统自动地在内存中为程序中每一个正在使用的文件开辟一块“文件缓冲区”。从内存向磁盘输出数据会先送到内存中的缓冲区，装满缓冲区后才一起送到磁盘上。如果从磁盘向计算机读入数据，则从磁盘文件中读取数据输入到内存缓冲区（充满缓冲区），然后再从缓冲区逐个地将数据送到程序数据区（程序变量等）。缓冲区的大小根据C编译系统决定的。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
//VS2013 WIN10环境测试
int main()
{
	FILE* pf = fopen("test.txt", "w");
	fputs("abcdef", pf);//先将代码放在输出缓冲区
	printf("睡眠10秒-已经写数据了，打开test.txt文件，发现文件没有内容\n");
	Sleep(10000);
	printf("刷新缓冲区\n");
	fflush(pf);//刷新缓冲区时，才将输出缓冲区的数据写到文件（磁盘）
	//注：fflush 在高版本的VS上不能使用了
	printf("再睡眠10秒-此时，再次打开test.txt文件，文件有内容了\n");
	Sleep(10000);
	fclose(pf);
	//注：fclose在关闭文件的时候，也会刷新缓冲区
	pf = NULL;
	return 0;
}